時間：2022-06-08 17:55:58
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視頻監(jiān)控系統(tǒng)是依據(jù)軌道交通工程管控技術(shù)標準和安全風險管理體系而研制的專業(yè)信息化管理平臺，綜合了軌道交通工程參建各方所提供的數(shù)據(jù)和資料，利用物聯(lián)網(wǎng)和云計算等現(xiàn)代高新技術(shù)，對工程進度、安全風險進行綜合監(jiān)控，向建設(shè)工程的決策層、管理層和實施層提供實時的安全信息，便于各方第一時間了解工程建設(shè)的各方面情況，及時而準確地應(yīng)對安全隱患和突發(fā)事件。
2視頻監(jiān)控系統(tǒng)的各子系統(tǒng)功能運用分析
2.1地質(zhì)地理信息監(jiān)控
子系統(tǒng)地理信息管理系統(tǒng)是實現(xiàn)地理、地質(zhì)和施工情況的收集、傳送、分配、分析、決策和發(fā)放的集成化平臺。如下所示:(1)空間數(shù)據(jù)管理功能。采用人工采集、設(shè)計文件格式轉(zhuǎn)換和掃描矢量化等多種輸入方式將工程范圍內(nèi)的地形圖、設(shè)計圖、影像圖和施工工況等圖形數(shù)據(jù)輸進數(shù)據(jù)庫內(nèi)，其對數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改和查詢等基本功能，亦可對數(shù)據(jù)進行準確合理的篩選檢查。(2)綜合查詢功能?；诓煌枨?，使用地理圖顯去觀看和查詢資料兩個子模塊的功能，根據(jù)建筑面積，測量的點編號、項目編號、查詢等各種組合條件查詢，根據(jù)用戶的查詢結(jié)果顯示出各種圖表和文件輸出的地質(zhì)和地理信息系統(tǒng)。(3)統(tǒng)計分析功能。其主要功能是對施工現(xiàn)場的監(jiān)測和檢查數(shù)據(jù)，地質(zhì)和水文數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。(4)專題圖制作功能。主要包括地質(zhì)圖、工程進度橫道圖、監(jiān)測測點布置圖、某時刻監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖等制作。(5)圖形輸出功能?？梢蕴峁ｉT地圖、圖表、數(shù)據(jù)報告在繪圖儀文件、打印機輸出硬拷貝，同時該系統(tǒng)還可以提供圖形輸出功能，例如:豐富的等值線圖、配置文件、平面圖形、圖形、三維圖。
2.2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理
子系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的主要功能是提供增加、刪除、修改和查詢線路和參照過往的案例，點和點的風險事件、風險度量、風險段、支配風險和測量點相關(guān)的行徑，包括項目管理運作、風險管理、項目風險事件的管理、單元測試管理、參考案例的支配和點的管理選項，屬于后臺操作模塊，此模塊中的管理設(shè)有權(quán)限。
2.3安全風險源視頻監(jiān)控
子系統(tǒng)實時監(jiān)測的順軌道項目而異，每個站點周邊環(huán)境周圍現(xiàn)場的照片，來源的風險分類、監(jiān)測、檢驗對周圍的環(huán)境，監(jiān)測系統(tǒng)的實時監(jiān)控和動態(tài)管理的項目，對周圍環(huán)境的環(huán)境風險源的有效地避免或減少工程施工安全風險。
3視頻監(jiān)控系統(tǒng)運營和監(jiān)視設(shè)備功能
3.1視頻監(jiān)控系統(tǒng)運營
進一步執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測、結(jié)合一起處理、有權(quán)限者可使用任何一臺電腦通過登陸互聯(lián)網(wǎng)來遠程監(jiān)控、管理、視頻播放搜索等手段對施工現(xiàn)場進行監(jiān)測。還可用于介質(zhì)管理服務(wù)、應(yīng)用程序服務(wù)或使用者、授權(quán)管理、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)、數(shù)據(jù)的基本服務(wù)，前端設(shè)備控制服務(wù);應(yīng)該控制轉(zhuǎn)錄的功能而因此數(shù)字視頻頻率存儲視頻設(shè)備、攝相機每25幀/s，實時視頻距離未間斷塊的24小時訪問權(quán)力，攝像機基本記錄的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)這樣繼續(xù)存儲為45天周期，一段短的相機監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)督記錄繼續(xù)存儲15天后再循環(huán)，其記錄圖像達到D1格式以使循環(huán)功能視頻分辨率較高值。
3.2視頻監(jiān)控設(shè)備功
能繼續(xù)收集的實時視頻圖像監(jiān)控點，視頻監(jiān)控系統(tǒng)是通過高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸送，以方便用戶實時查詢。設(shè)置集成球類型電視錄象上站基式對面角度監(jiān)測建筑，針對每一個建設(shè)工地的施工區(qū)統(tǒng)一安放外球類型攝像裝置，對該地區(qū)進行的實時的圖像監(jiān)控，這個工地地區(qū)圖形和這地方倉庫物料上進行繼續(xù)記錄7天，視頻存儲使用MPEG4或H．264形式進行存檔(效果不是低于D1形式的)。每個電視錄象控制由警衛(wèi)室監(jiān)控處理設(shè)備正常進行實時的操制，但接收的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母鞣N導頻信號來控制云臺和電視錄象的畫面大小?？刂婆_部署在一個平臺液晶顯示器采用為19英寸的。
3.3視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計
視頻監(jiān)控系統(tǒng)=現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備+網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備+指揮部監(jiān)控中心設(shè)備+客戶端+后臺運營平臺(攝像機、監(jiān)視器、編碼存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、視頻監(jiān)控后臺管理平臺設(shè)備、電視墻等)如:寧波市軌道交通建設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體例如形成一張信息網(wǎng)。
中圖分類號：U491 文獻標識碼：A
一、 數(shù)字非壓縮傳輸方式 圖像質(zhì)量清晰，在傳輸過程中沒有失真，多路圖像可以復用一芯光纖傳輸，一定程度上節(jié)約了光纖資源，提高資源利用率，節(jié)約建設(shè)費用，在一定程度上可以滿足了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的需求。但是本質(zhì)上還是要用到矩陣等設(shè)備，圖像容量有限，單點同時多路上傳方面技術(shù)還不完善，各廠家沒有統(tǒng)一的通信標準，設(shè)備不能很好兼容互通，造成使用的局限性，不利于系統(tǒng)擴容升級和資源共享。
二、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化編碼視頻傳輸技術(shù)
網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化編碼視頻傳輸技術(shù)是高速公路圖像視頻傳輸系統(tǒng)的新階段，是目前比較先進的圖像傳輸方式。高速公路管理體制對圖像傳輸?shù)囊笫乾F(xiàn)場圖像傳到收費站，再到路段分中心，到省級監(jiān)控管理中心。
目前高速公路運營管理需要滿足以下條件：（1）及時快速的處理突發(fā)事件。通過對現(xiàn)場圖像的分析提出解決方案和行動部署。（2）為公眾提供圖像信息，出行交通道路狀況參考，使人們在出行時能及時了解交通情況，避免通過交通擁堵路段，方便實施出行計劃，使出行變得順利通暢。因此，要求高速公路通信網(wǎng)絡(luò)和視頻圖像傳輸網(wǎng)絡(luò)能夠很好地結(jié)合，使圖像傳輸實現(xiàn)網(wǎng)路一體化，在全網(wǎng)內(nèi)都可以調(diào)閱查看視頻圖像，而網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化編碼視頻傳輸技術(shù)正好能夠使該需求得以實現(xiàn)。 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化編碼視頻傳輸技術(shù)優(yōu)點：（1）簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并且兼有視頻矩陣、圖像分割器、錄像機等設(shè)備的多項功能，可通過管理軟件對視頻進行網(wǎng)絡(luò)化操作，在媒體服務(wù)器實現(xiàn)視頻圖像面向公眾服務(wù)，通過網(wǎng)管協(xié)議實現(xiàn)對全網(wǎng)及設(shè)備的管理，大大提高了網(wǎng)管功能和效率。（2）由于采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)字多媒體遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控可實現(xiàn)遠距離控制。（3） H.264編碼壓縮技術(shù)具有高標準、高質(zhì)量特點，其能夠以更低的數(shù)字碼流實現(xiàn)更高質(zhì)量的視頻圖像，支持高分辨率格式，可在普通電腦上或是監(jiān)視器中進行觀看，效果不亞于DVD的畫面效果，也可以同時為交通事件檢測設(shè)備提供視頻圖像進行事件的檢測，CIF格式可用于視頻存儲，還采用了大容量的磁盤存盤器和光盤存儲器，使得存儲空間得以節(jié)約，節(jié)省了很多磁帶介質(zhì)，對實現(xiàn)系統(tǒng)的信息查詢非常有利，帶寬適應(yīng)性較強，能有效減少通信系統(tǒng)帶寬的占用，更好的適用網(wǎng)絡(luò)傳輸。
雖然數(shù)字網(wǎng)絡(luò)編碼圖像傳輸方式有著以上的特性，但在實際應(yīng)用中，也暴露一些問題，需要下一步繼續(xù)解決，如：（1）系統(tǒng)進行24小時連續(xù)工作，其性能不穩(wěn)定，硬盤上同時存儲著系統(tǒng)文件、應(yīng)用軟件和圖像文件，在視頻處理時需要輸入大量高密度數(shù)據(jù)，硬盤同時要進行多項工作，因此普通的硬盤已經(jīng)不能適應(yīng)高強度工作，致使系統(tǒng)很容易出現(xiàn)不穩(wěn)定，進而發(fā)生死機問題，容易造成通信系統(tǒng)癱瘓。（2）各廠家視頻圖像編碼方式和算法有所不同，編碼后圖像不能實現(xiàn)共享或互編互解，需要統(tǒng)一。
當采用理化檢驗技術(shù)對食品質(zhì)量進行檢測時，要遵循隨機原則對需要檢測的食品進行抽樣，最好是從具有代表性的各個食品中進行取樣。在取樣過程中，要確保取樣工具的清潔，避免引入有害物質(zhì)[2]。在抽樣過程中，要確保樣品保持原有的微生物狀態(tài)和及其理化指標，同時要使抽樣的數(shù)量滿足檢驗需求。在樣品備制過程中，需要保證樣品均勻。對于液體樣品，在檢測之前，需要充分搖晃，例如醬油、醋等食品，使液體達到均勻狀態(tài)。而檢測可溶性無鹽固形物體時，應(yīng)該震搖，便于接下來的過濾工作。在備制固體樣品時，例如掛面、大米等，則需要粉碎和混勻后取樣。
1.2控制實驗試劑
化學試劑的質(zhì)量直接影響食品安全檢測實驗中的化學結(jié)果，因此需要對試劑的存放與保存有足夠重視。在食品理化檢驗實驗室中，有些化學試劑溶液有“保質(zhì)期”要求，例如，金屬元素的標準溶液的存放時間是一年；標準的滴定溶液需要兩個月進行一次標定；而對于淀粉和碘化鉀等溶液則需要在使用時當場調(diào)配。還有些溶液有特殊的儲存要求，比如在測定食品中亞硝酸鹽時使用的萘胺鹽酸鹽溶液，就需要在低溫環(huán)境下存放，而且當這種顯色劑的顏色變深時則不能繼續(xù)使用，需要重新進行配制[3]。另外，對于那些容易發(fā)生氧化反應(yīng)的溶液，則需要定期對其進行檢查，并要根據(jù)實際需要合理配制。例如，在測定純凈水中高錳酸鉀耗氧量時，需用到草酸鈉標準溶液和高錳酸鉀標準溶液，但這兩種溶液存放時間過長，就會發(fā)生氧化反應(yīng)，其濃度也會發(fā)生改變，當樣品中加入是適量的草酸鈉標準溶液之后，不會出現(xiàn)正常的化學現(xiàn)象，從而影響了檢測實驗的順利進行。再如，對當檢測食品中的SO2進行檢測時，則應(yīng)該盡量避免碘標準滴定溶液接觸到空氣，否則試驗的差異就會超出標準規(guī)定的限制要求。
1.3控制分析方法
在食品理化檢驗實驗中，要根據(jù)實驗的目的與要求科學選擇分析方法。無論使用何種方法，都必須使用國家統(tǒng)一規(guī)定的方法。在常規(guī)的食品質(zhì)量控制檢驗時，對樣品實驗結(jié)果進行分析時，需要采用空白試驗、平行樣品測定以及加標回收率的測定方法來對檢測質(zhì)量來進行控制[4]。
1.3.1空白試驗測定
空白試驗的主要目的是分析出食品樣品中被測物質(zhì)外的各種因素的影響，并將這種影響進行排除，從而保證檢驗結(jié)果的準確與可靠性。通?？瞻自囼灴梢杂盟畞硖娲粶y溶液進行測定。
1.3.2平行樣品測定
在食品測定過程中，為了防止隨機誤差性過大，需要增加對同一個樣品進行測定的次數(shù)，從而使平行樣品的測定結(jié)果，出現(xiàn)的偏差應(yīng)能夠保持在最大允許值范圍之內(nèi)。2.3.3加標回收率測定這種方法是需要向樣品中放入一定數(shù)量的標準物質(zhì)，這樣可以與樣品測定形成對照，進而可以觀察到新加入的需要檢測物品的回收率。通常情況下，加標回收率應(yīng)控制在95%～105%。
1.4實驗環(huán)境控制
在進行理化實驗時，需要對實驗室進行合理布局，要最大程度的避免不一樣的食品測試項目出現(xiàn)交叉污染、進而相互干擾。不同類型的檢驗設(shè)備應(yīng)該按照檢驗分析的要求，放置在不同的檢驗場所或者合適的環(huán)境中，同時食品檢測實驗室內(nèi)及其周圍環(huán)境要時刻保持整潔，而且實驗室內(nèi)的空氣潔凈度、溫度、濕度等相關(guān)要素都應(yīng)該符合相應(yīng)檢驗與分析的要求，從而為食品理化檢測實驗的順利進行創(chuàng)造出安全的環(huán)境。
1.5檢驗分析后的控制
當食品樣品檢測完成之后，需要對檢查分析數(shù)據(jù)進行檢查，判斷其記錄是否準確，查看計算結(jié)果是否保持在誤差允許范圍內(nèi)，分析計算結(jié)果有效數(shù)據(jù)的處理程序是否符合相關(guān)規(guī)則，檢驗報告是否準確出具和簽名等，確保食品安全檢測的結(jié)果有效。
一、引言
隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，自動化控制系統(tǒng)的要求也越來越高，從過去的集散式自動化控制發(fā)展到分布式自動化控制，再發(fā)展到目前流行的現(xiàn)場總線自動化控制，以及逐步成為趨勢的工業(yè)以太網(wǎng)自動化控制，目前基于網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的遠程無人值守自動化控制逐步得到了廣泛的關(guān)注、研究和應(yīng)用。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的擴充，使得基于網(wǎng)絡(luò)的遠程無人值守成為了可能，但是這也對監(jiān)控平臺提出了更高的要求，除了傳統(tǒng)的依靠傳感器監(jiān)測機電設(shè)備的生產(chǎn)狀態(tài)、工作狀態(tài)之外，還必須要對整個環(huán)境實施全方位的監(jiān)控，因而視頻監(jiān)控也要實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)化的遠程控制。
過去傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控都是就近接線實現(xiàn)就近監(jiān)控，隨著數(shù)字化管控、一體化管控概念的提出，遠程視頻監(jiān)控也逐漸成為了當前安全監(jiān)控、自動化監(jiān)控的必然需求，因此，如何基于以太網(wǎng)構(gòu)建遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是當前遠程監(jiān)控系統(tǒng)必須要解決的技術(shù)問題之一。本論文主要結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)的實際功能，對基于網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控平臺展開系統(tǒng)的分析設(shè)計與研究，以期能夠從中找到面向網(wǎng)絡(luò)的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用方法，并以此和廣大同行分享。
二、基于網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控平臺的總體分析
2.1設(shè)計原則
基于網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的遠程視頻監(jiān)控平臺，在設(shè)計時除了要滿足其基本的視頻監(jiān)控功能外，還必須結(jié)合實際的應(yīng)用需求進行設(shè)計，確保功能滿足的同時實現(xiàn)最佳的經(jīng)濟效益，為此，需要確立以下幾個設(shè)計原則：（1）先進性?；诰W(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須要足夠先進，要能夠滿足當前網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控設(shè)備的接口類型，整體采用性能優(yōu)良的監(jiān)控裝備，確保整個系統(tǒng)在相當一段時間內(nèi)能夠保持領(lǐng)先的水平。（2）可靠性。從系統(tǒng)設(shè)計、部件選型、系統(tǒng)裝配、軟硬件配置等各個角度入手，都要確保系統(tǒng)的高可靠性，在任何惡劣環(huán)境以及網(wǎng)絡(luò)資源有限的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)都能夠穩(wěn)定可靠工作。（3）方便性。整個監(jiān)控管理界面應(yīng)當具有良好的人機交互性，即使不具備計算機操作知識的人員依然能夠方便的實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)控和相關(guān)數(shù)據(jù)記錄的查閱、調(diào)取和管理，同時從系統(tǒng)的后期維護保養(yǎng)的角度來說，也要方便整個系統(tǒng)的維護和維修。（4）擴展性。系統(tǒng)除了要滿足當前的監(jiān)控功能外，還必須設(shè)計一定的功能冗余，一方面要能夠?qū)崿F(xiàn)將來新監(jiān)控設(shè)備的補充，以實現(xiàn)新的監(jiān)控功能；另一方面還要設(shè)計適當?shù)臄U容接口，以滿足系統(tǒng)日后的升級，包括更換更新的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)擴容以及增加其他必要的控制模塊等。
2.2功能需求分析
（1）圖像視頻監(jiān)控功能?；诰W(wǎng)絡(luò)的遠程視頻監(jiān)控平臺，首要功能自然是圖像視頻監(jiān)控功能，該平臺系統(tǒng)應(yīng)當能夠提供24小時不間斷的視頻監(jiān)控功能，同時自動存儲圖像視頻資料，以供后期查閱和調(diào)用管理。（2）數(shù)據(jù)管理功能。對于存儲的圖像視頻數(shù)據(jù)，應(yīng)當按照時間節(jié)點自動存儲管理，通過所設(shè)計的數(shù)據(jù)庫管理軟件能夠?qū)嫶蟮囊曨l圖像數(shù)據(jù)方便的進行直接管理，按照用戶的管理需求進行數(shù)據(jù)管理。（3）用戶安全管理功能。由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化和遠程化，因此系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全性必須要著重設(shè)計，確保整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全，對于用戶登錄的權(quán)限，也必須加強管理，確保實現(xiàn)不同權(quán)限等級的用戶擁有不同的數(shù)據(jù)管理功能。
三、基于網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控平臺的實現(xiàn)
3.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1）網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的選擇。現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)的介質(zhì)主要有雙絞線、同軸電纜和光纖。目前雙絞線應(yīng)用的已經(jīng)比較少了，同軸電纜在遠距離傳輸方面并沒有突出的優(yōu)勢，而光纖目前是主流的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，一方面因為光纖傳輸速率快，失真少，更重要的是光纖傳輸尤其適合應(yīng)用于遠程監(jiān)控，況且視頻圖像監(jiān)控所形成的視頻數(shù)據(jù)都是大流量數(shù)據(jù)，極易造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞，而采用光纖作為傳輸介質(zhì)，極大的避免了網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生。（2）網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的選擇。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)一般有星型結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)以及總線型結(jié)構(gòu)等。各種類型的網(wǎng)絡(luò)物理拓撲結(jié)構(gòu)的性能對比見下表1。從表1可見，環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)適宜應(yīng)用于遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，而且環(huán)形網(wǎng)絡(luò)由于具有鏈路冗余功能，因此能夠確保遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。
3.2系統(tǒng)層次分析
基于網(wǎng)絡(luò)的遠程視頻監(jiān)控平臺系統(tǒng)，從前端攝像頭到后臺控制中心，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層次設(shè)計如下：（1）網(wǎng)絡(luò)攝像頭層。作為遠程視頻監(jiān)控平臺的最前端，采用網(wǎng)絡(luò)攝像頭的最大好處是避免了因接口轉(zhuǎn)換而帶來的成本上升的問題，直接采用RJ45接口將攝像頭拍攝到的視頻圖像畫面以通用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議進行傳輸，簡化了網(wǎng)絡(luò)層次和結(jié)構(gòu)。（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層。采用光纖構(gòu)建的千兆工業(yè)以太網(wǎng)是整個遠程視頻監(jiān)控平臺系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，承擔著視頻圖像數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。在網(wǎng)絡(luò)傳輸層，網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺通過環(huán)形拓撲實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)冗余連接，即控制網(wǎng)上任何一點的單一鏈路連接意外斷開，系統(tǒng)都能通過環(huán)網(wǎng)的反方向提供后備鏈路，保證系統(tǒng)可用性的同時兼顧經(jīng)濟性，環(huán)網(wǎng)主干鏈路全部采用單模光纖，保證故障切換時間均
3.3系統(tǒng)軟件配置
（1）終端顯示層程序。作為遠程視頻監(jiān)控平臺系統(tǒng)的終端，其顯示程序采用了人機交互性友好的組態(tài)軟件進行開發(fā)，能夠借助于三維圖形逼真的還原監(jiān)控現(xiàn)場的場景；另一方面，該顯示程序除了要能夠?qū)崿F(xiàn)不同視頻攝像頭監(jiān)測畫面之間的切換，還必須要能夠?qū)Ξ嬅孢M行存儲管理。下面重點分析視頻采集程序的實現(xiàn)。（2）視頻采集軟件子程序。視頻采集模塊主要是通過相關(guān)函數(shù)接收來自攝像頭傳輸過來的視頻信息。在程序設(shè)計中調(diào)用ReadStreamData（HANDLE hChannelHandle，void* DataBuf， DWORD*Length，int* FrameType）函數(shù)來讀取參數(shù)hChannelHandle對應(yīng)的視頻通道的音視頻數(shù)據(jù)流，并按照參數(shù)Length指定的緩沖區(qū)大小，將數(shù)據(jù)流讀取到數(shù)組DataBuf中，同時返回當前讀取的數(shù)據(jù)流的幀長度。這樣系統(tǒng)就可以對數(shù)組中的數(shù)據(jù)流信息進行后續(xù)的處理，如本地音視頻的預(yù)覽等。
四、結(jié)語
由于圖形視頻監(jiān)控具有直觀、醒目的特點，因此在現(xiàn)代化的自動化控制系統(tǒng)中逐漸凸顯出特殊的監(jiān)控作用，對于確保整個生產(chǎn)環(huán)境的安全具有至關(guān)重要的作用?；诠I(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)的遠程視頻監(jiān)控平臺，是將遠程測控技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)合的又一個典型應(yīng)用，本論文重點針對遠程視頻監(jiān)控平臺的結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)，給出系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)方案，對于其他技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用遠程視頻監(jiān)控技術(shù)提供了很好的范本，是值得推廣應(yīng)用的。
參考文獻
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1. 引言
城市交通視頻監(jiān)控模型是行車組織和客運組織重要的輔助設(shè)備，是保證運輸安全、應(yīng)對緊急事態(tài)的重要解決手段。目前主要采用兩種組網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，即模擬視頻監(jiān)控和數(shù)字視頻監(jiān)控。前者技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟，并且在工程中也得到了廣泛的應(yīng)用，但由于該視頻監(jiān)控系統(tǒng)中信息流是模擬的視頻信號，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用單功能、單向、集總方式的信息采集網(wǎng)絡(luò)，介質(zhì)專用，具有一定的局限性，要滿足更高的要求，須采用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。
與模擬視頻監(jiān)控相比，數(shù)字視頻監(jiān)控更加便于計算機進行視頻信息的壓縮、儲存、分析和顯示。通過各種視頻和圖像的算法分析，實現(xiàn)自動接警處理，達到無人值守；同時，借助網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)遠距離監(jiān)控，即使是數(shù)千公里外也能達到親臨現(xiàn)場的效果，并且能夠更加快速的了解現(xiàn)場情況。論文參考。
利用先進的軟件系統(tǒng)在幾分鐘內(nèi)便可完成傳統(tǒng)視頻監(jiān)控中大量的數(shù)據(jù)分析，獲得更為逼真、清晰的數(shù)字化圖像，提高監(jiān)控效率。達到非常實用的監(jiān)控管理和遠程維護。
2. 系統(tǒng)構(gòu)成及功能
城市交通視頻監(jiān)控模型采用純IP部署，配合網(wǎng)絡(luò)攝像機、編碼器及存儲設(shè)備，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)攝像機與編碼器直接寫存儲功能，且網(wǎng)絡(luò)攝像機與編碼器對中心存儲具備冗余備份功能，在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻接入、瀏覽、錄像、回放、管理和轉(zhuǎn)發(fā)等功能的同時，還能對系統(tǒng)進行二次應(yīng)用開發(fā)，與其它圖像信息系統(tǒng)整合，提供頗具特色的增值業(yè)務(wù)，如車牌識別、人臉識別和人數(shù)統(tǒng)計等。
系統(tǒng)應(yīng)用級采用基于GIS（Gographic Information Systems）可視化展現(xiàn)，并且利用空間分析與空間定位，借助高清卡口的監(jiān)控信息，進行車輛路線分析，實現(xiàn)各種肇事車輛行駛路線的自動繪制。
在部署、應(yīng)用、管理及安全等各方面都提供了全新的、創(chuàng)新的解決方案，擁有前所未有的網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)勢。其中，主干網(wǎng)設(shè)計采用FDDI，保障了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃院蛡鬏斝省Ｕ撐膮⒖肌?/p>
整個交通行業(yè)視頻監(jiān)控模型主要包括四部分：視頻存儲管理、監(jiān)控中心、傳輸網(wǎng)絡(luò)以及前端系統(tǒng)。系統(tǒng)部署視圖如圖1所示：
圖1 交通行業(yè)視頻監(jiān)控模型系統(tǒng)部署視圖
系統(tǒng)總體架構(gòu)如下圖2所示：
圖2 交通行業(yè)視頻監(jiān)控模型總體架構(gòu)
視頻存儲管理平臺主要實現(xiàn)平臺管理、智能存儲管理和客戶端管理等。監(jiān)控中心主要完成用戶管理、設(shè)備管理、系統(tǒng)管理、安全管理、增值業(yè)務(wù)管理和認證管理，從而實現(xiàn)對監(jiān)控平臺中的各個站點和用戶的管理及用戶權(quán)限的分配。
監(jiān)控中心通過接入認證請求，實現(xiàn)對前端視頻圖像的實時監(jiān)控，對前端云臺的實時控制，以便快速響應(yīng)異常情況。同時，支持對存儲的歷史圖像調(diào)用和查看等功能。由大屏幕顯示系統(tǒng)、軟/硬件解碼器、主控臺及監(jiān)控管理軟件組成，供專業(yè)用戶使用。用戶在得到授權(quán)的情況下，可以通過前端系統(tǒng)完成各種系統(tǒng)功能的訪問。
傳輸網(wǎng)絡(luò)提供了可以通過任意支持TCP/IP的承載網(wǎng)絡(luò)（城域網(wǎng)、局域網(wǎng)以及各類接入網(wǎng)絡(luò)）進行視頻業(yè)務(wù)的傳輸。在行業(yè)市場，用戶更關(guān)注的是以太網(wǎng)、PON網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)以及ATM網(wǎng)絡(luò)。
前端系統(tǒng)主要包括視頻編碼器、攝像機及報警探頭等設(shè)備。其中，編碼器用于實現(xiàn)音視頻信號編碼、傳輸以及輔助設(shè)備的控制。目前交通行業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)能兼容國內(nèi)主流廠商的DVR、DVS和網(wǎng)絡(luò)攝像機產(chǎn)品，同時可以提供SDK支持二次開發(fā)，接入更多的前端廠家的設(shè)備。
3. 模型領(lǐng)域分析
自2000年的中國第一臺DVR（Digital Video Recorder）數(shù)字硬盤錄像機設(shè)備問世并進入安防領(lǐng)域以來，截至2009年已經(jīng)占據(jù)了視頻監(jiān)控領(lǐng)域接近65％的市場份額，其實現(xiàn)的主要功能是視頻和音頻信號采集以及本地數(shù)字化存儲，但由于其自身架構(gòu)設(shè)計的原因，始終無法解決網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控的長延時、無法多路同時監(jiān)控、無法實現(xiàn)前端存儲、集中監(jiān)控和建設(shè)維護成本高等問題。
隨著網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的發(fā)展，NVR（Network Video Recorder）技術(shù)頻繁被國內(nèi)外廠商提及，在國外已經(jīng)將此技術(shù)應(yīng)用到某些高端安防領(lǐng)域了。交通行業(yè)視頻監(jiān)控解決方案中的智能存儲管理設(shè)計基于NVR技術(shù)，提供視頻圖像存儲、回放、檢索和視頻圖像的轉(zhuǎn)發(fā)功能。前端編碼器或者網(wǎng)絡(luò)攝像機通過與智能存儲設(shè)備之間確定的協(xié)議，直接將前端的視頻圖像寫入智能存儲設(shè)備，而不需要再單獨提供存儲服務(wù)器。對于接收到的視頻圖像，可以回放給客戶端進行查看和調(diào)用。同時，與前端編碼器或網(wǎng)絡(luò)攝像機形成冗余備份保護方案，當編碼器與智能存儲設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)中斷后，編碼器或網(wǎng)絡(luò)攝像機啟動本地存儲；當網(wǎng)絡(luò)恢復通信后，智能存儲設(shè)備會自動將編碼器或網(wǎng)絡(luò)攝像機存儲在本地的錄像數(shù)據(jù)取到智能存儲設(shè)備上進行集中保存。通過智能存儲管理設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)時，訪問方只要訪問智能存儲管理單元并告知要訪問的前端設(shè)備，智能存儲管理設(shè)備可代為取到視頻流并轉(zhuǎn)發(fā)給該訪問方；通過智能存儲管理設(shè)備分發(fā)時，一路視頻通過存儲設(shè)備可以被復制成多路送達不同的訪問方。
4. 模型特點
交通行業(yè)視頻監(jiān)控模型的特點如下：
Ø先進的網(wǎng)絡(luò)部署以及網(wǎng)絡(luò)的智能保護：采用前端系統(tǒng)直接將視頻信息寫入存儲單元，當網(wǎng)絡(luò)傳輸出現(xiàn)問題時，前端設(shè)備的本地存儲啟動；當網(wǎng)絡(luò)恢復后，系統(tǒng)會自動將前端設(shè)備存儲的錄像數(shù)據(jù)取到存儲設(shè)備上進行集中保存。同時主干網(wǎng)設(shè)計采用FDDI，提高主干網(wǎng)的可靠性和安全性；
Ø彈性組網(wǎng)更靈活：可實現(xiàn)分布式部署集中式管理，也可以通過系統(tǒng)設(shè)置實現(xiàn)分級部署和分級管理；
Ø開發(fā)兼容性更強：采用開放式的協(xié)議兼容國內(nèi)主流廠商的前端設(shè)備；開放性結(jié)構(gòu)設(shè)計，提供有豐富的API和SDK包，便于第三方程序的集成；
Ø高度智能效率更高：通過對存儲的視頻信息智能分析，提供多種檢索方式，快速準確進行圖像定位和調(diào)用；
Ø可視化監(jiān)控標繪提供直觀分析：可以根據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)在GIS上可視化的展現(xiàn)監(jiān)控地點和監(jiān)控圖像，并且對肇事車輛進行路線的自動繪制，便于更加直觀的分析其行駛路線；
Ø交通行業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)為行業(yè)提供了一套標準的、開放的、智能的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控解決方案。
5. 結(jié)束語
隨著網(wǎng)絡(luò)通信和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，視頻監(jiān)控以其直觀、方便和內(nèi)容豐富等特點，日益受到人們的青睞。論文參考?；诳臻g地理信息系統(tǒng)的可視化展現(xiàn)，在矢量地圖和影像地圖的雙重結(jié)合下可視化視頻節(jié)點展現(xiàn)使得該項應(yīng)用逐漸成為城市交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，市場應(yīng)用將會逐漸擴大，應(yīng)用前景非?？捎^。
參考文獻：
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目前，國內(nèi)外對基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究，一般集中于嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計、嵌入式操作系統(tǒng)的研究、視頻圖像的網(wǎng)絡(luò)傳輸以及視頻圖像處理等幾個方面。
在嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方面一般是考慮系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和功能，例如小型網(wǎng)絡(luò)攝像機，系統(tǒng)由圖像傳感器、嵌入式處理器、圖像處理器、網(wǎng)絡(luò)接口組成，通過壓縮優(yōu)化算法和背景差分算法可以使攝像機實現(xiàn)實時的圖像壓縮、傳輸，并能跟蹤目標，該系統(tǒng)的主要特點是實時性的提高[1];在嵌入式操作系統(tǒng)方面，一般集中于嵌入式操作系統(tǒng)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。隨著壓縮編碼技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，以嵌入式視頻服務(wù)器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)開始在市場上嶄露頭角，該系統(tǒng)不需要處理模擬視頻信號的PC，而是把攝像機輸出的模擬視頻信號通過內(nèi)置的嵌入式視頻編碼器直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸出去，嵌入式視頻服務(wù)器具備視頻編碼處理、網(wǎng)絡(luò)通信、自動控制等強大功能，直接支持網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸和網(wǎng)絡(luò)管理，使得監(jiān)控范圍達到前所未有的廣度[2]。
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計
嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一款前端采集并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至后臺從而實現(xiàn)視頻監(jiān)控功能的嵌入式視頻系統(tǒng)，前端采集采用當前流行的嵌入式開發(fā)平臺實現(xiàn)，后臺宿主機為普通PC機，通過宿主機上客戶端軟件來瀏覽前端采集的圖像數(shù)據(jù)[3]。
本系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計方法是前端采用S3C2440，由CMoS和DSP集成一體的攝像頭通過USB控制器接入至S3C2440，S3C2440在外圍電路配合下共同完成前端采集工作，然后通過以太網(wǎng)與宿主機相連最終以實現(xiàn)視頻監(jiān)控功能。攝像頭與PC機只要分別通過.USB線與以太網(wǎng)直接與開發(fā)平臺相應(yīng)的接口連接即可。所以本系統(tǒng)硬件設(shè)計將主要圍繞嵌入式處理器與外圍電路而進行設(shè)計。
本系統(tǒng)對操作系統(tǒng)的要求是需要有網(wǎng)絡(luò)的支持，并且有良好的實時性，嵌入式Linux符合本系統(tǒng)的這些需求，并且嵌入式Linux是免費的，遍布全球的眾多Linux愛好者又能給予Linux開發(fā)者強大的技術(shù)支持，綜合考慮，本系統(tǒng)將采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)來進行開發(fā)[4]。
經(jīng)過對本系統(tǒng)的應(yīng)用背景和具體要求，對硬件和軟件的選擇進行了周全的考慮，最終制定出一套前端嵌入式采集并基于TCP協(xié)議發(fā)送至后臺顯示的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用監(jiān)控系統(tǒng)[5]。
功能實現(xiàn)
本系統(tǒng)采用基于ARM920T的S3C2440。補可以使用常用的ARM交叉編譯器。要成功構(gòu)建完整的交叉編譯環(huán)境，需要在宿主機上創(chuàng)建一系列的工具，包括C/C++編譯器，匯編器，鏈接器，嵌入式系統(tǒng)的標準C庫和GDB代碼級調(diào)試器。成功建立好開發(fā)環(huán)境后便可以運用這些工具進行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)了[6]。
BootLoader采用由友善之臂提供的supervivi,ivi 的源代碼包vivi.tgz 位于光盤的/OpenSourceBootloader 目錄，把vivi.tgz 復制到某一個目錄，進入該目錄，運行以下命令：
#tar xvzf vivi.tgz –C /opt/FriendlyARM/mini2440
執(zhí)行該命令將把vivi 源代碼解壓到/opt/FriendlyARM/mini2440 目錄，進入vivi 源代碼目錄，執(zhí)行：
#cd /opt/FriendlyARM/mini2440/vivi
#make clean
#make menuconfig
采用的Linux內(nèi)核版本為Linux-2.6.13進入內(nèi)核源代碼目錄，然后執(zhí)行“make menuconfig”輸入以下命令，開始編譯內(nèi)核：
#make zImage
編譯結(jié)束后，會在 arch/arm/boot 目錄下生成linux 內(nèi)核映象文件：zImage
制作 yaffs 文件系統(tǒng)映象需要使用mkyaffsimage 工具程序統(tǒng)映象的制作。
(1)把mkyaffsimage.tgz 文件拷貝到某一個目錄，進入該目錄，然后執(zhí)行以下命令：
#tar xvzf mkyaffsimage.tgz -C /usr/sbin
這將把制作工具 mkyaffsimage 安裝到系統(tǒng)的可執(zhí)行路徑/usr/sbin
(2) 拷貝光盤中的root_default.tgz 到某一個目錄，進入該目錄，然后執(zhí)行以下解壓命令：
#tar xvzf root_default.tgz -C /opt/FriendlyARM/mini2440該命令將把root_default 文件系統(tǒng)目錄解壓到/opt/FriendlyARM/mini2440 目錄[7]。
USB攝像頭的驅(qū)動應(yīng)當與內(nèi)核提供的視頻驅(qū)動掛鉤。即首先在驅(qū)動中聲明一個vidco_device結(jié)構(gòu)，并為其指定文件操作函數(shù)指針數(shù)組FOPS，向系統(tǒng)注冊。在應(yīng)用程序發(fā)出文件操作的相關(guān)命令時，核心根據(jù)這些指針調(diào)用相應(yīng)函數(shù)，并將該結(jié)構(gòu)作為參數(shù)傳遞給它們。這樣，就完成了驅(qū)動和核心之間的通信[8]。
將配制完成的系統(tǒng)移植入硬件平臺中，測試的結(jié)果如下圖所示：
結(jié)語
基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控是當前一門十分活躍的技術(shù)，它包括了嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)等多種前沿學科。目前有多種的應(yīng)用方案，沒有形成統(tǒng)一的技術(shù)標準，因此對于其中關(guān)鍵技術(shù)，如網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計、嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)中的應(yīng)用、視頻圖像的壓縮傳輸?shù)榷际钱斍捌惹行枰芯康摹?/p>
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中圖分類號：TU855
智能家居的定義為家庭住宅作為一個單獨的平臺，依托網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)、自動控制技術(shù)等一系列現(xiàn)代化技術(shù)，建設(shè)完成一種能夠遠程管理家庭事務(wù)的一種管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)提高了家居的安全性、舒適性以及藝術(shù)性等特征。為人民提供了更加環(huán)保舒適的家居環(huán)境。通俗的說也可以稱之為智能住宅，它的產(chǎn)生主要原因在于人們對居住環(huán)境有了更高的要求，同時也是當前信息化時代的必然趨勢。本系統(tǒng)設(shè)計中的控制主要采用嵌入式進行完成，所謂的嵌入式系統(tǒng)主要是指把相關(guān)應(yīng)用軟件以及操作系統(tǒng)同計算機硬件設(shè)備聯(lián)系起來的系統(tǒng)。近年來嵌入式系統(tǒng)不斷發(fā)展，再不久的將來必會成為計算機和互聯(lián)網(wǎng)之后另外一個十分偉大的發(fā)明。根據(jù)當前情況下的我國具體國情，本論文提出了一種新型的基于嵌入式Internet/Intranet的智能家居系統(tǒng)，并詳細的介紹了其總體結(jié)構(gòu)框架、設(shè)計思想和實現(xiàn)步驟，并分析了該系統(tǒng)的具體特點。
1 功能需求
根據(jù)當前我國的國情，在進行該系統(tǒng)的設(shè)計過程中應(yīng)當遵守以下原則設(shè)計：使系統(tǒng)具有較高可靠性和穩(wěn)定性，同時要是系統(tǒng)中的各項功能具有高效率的特點、使系統(tǒng)的低成本更低，操作更加方便簡單。更加以上設(shè)計原則，進行設(shè)計的智能家居系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能一般包含有：第一，住宅內(nèi)部的視頻監(jiān)控，用戶能夠自己定義住宅內(nèi)部的監(jiān)控設(shè)備，并對相關(guān)參數(shù)進行設(shè)置，遠程打開監(jiān)控設(shè)備，關(guān)閉監(jiān)控設(shè)備，選擇查看某個監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控信息等；第二，社區(qū)管理，實現(xiàn)對社區(qū)的管理，包含有社區(qū)內(nèi)部居民管理、居民住宅管理、水電費以及物業(yè)費的收費管理以及安全防護管理等；第三，社區(qū)信息，實現(xiàn)向社區(qū)信息的功能，例如社區(qū)新聞、公告或者通知等；第四，社區(qū)服務(wù)，主要實現(xiàn)在網(wǎng)上向社區(qū)提供服務(wù)的申請的功能，比如說家政服務(wù)、住宅托管服務(wù)等。
2 系統(tǒng)實現(xiàn)
2.1 系統(tǒng)整體框架
智能家居系統(tǒng)中一個主要的組成部分就是智能家居系統(tǒng)的安全防護功能，而利用視頻監(jiān)控的來進行安全防護是一個較為有效的方法。該系統(tǒng)的視頻監(jiān)控利用先進的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信和其他智能家居相關(guān)的子系統(tǒng)相互聯(lián)系進行管理，來提高智能家居中的安全系數(shù)。從智能家居系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)方面來講，該部分設(shè)計應(yīng)當包括視頻監(jiān)控服務(wù)、客戶端和服務(wù)器端等部分，首先客戶端向服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請求，服務(wù)器接收到指令以后進行接受請求，隨后實現(xiàn)視頻監(jiān)控的作用。
2.2 系統(tǒng)設(shè)計
本部分主要利用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)智能家居的視頻監(jiān)控功能，在本論文所講的系統(tǒng)中，所使用的主要硬件系統(tǒng)包含有嵌入式系統(tǒng)GX-ARM9-2410EP以及監(jiān)控設(shè)備驅(qū)動；使用的軟件系統(tǒng)操作包含了對Linux操作系統(tǒng)進行的整合與移動。如果要最終完成視頻監(jiān)控的設(shè)計，同時還要把ARM核處理器嵌入到Linux的內(nèi)核中以及該系統(tǒng)的用戶中，用戶可以通過瀏覽器獲取相關(guān)服務(wù)的信息和監(jiān)控，主要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如下圖所示：
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
（1）硬件設(shè)計。在硬件設(shè)計部分主要需要用到的硬件包含有存儲器與傳感器等部分，本系統(tǒng)的設(shè)計中采用的處理器為S3C241是由三星公司生產(chǎn)的處理器。該硬件的選擇是根據(jù)系統(tǒng)的需求，能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠地工作，同時其可以外接ROM，SRAM存儲器。該系統(tǒng)設(shè)計中利用連接DM9000芯片可以轉(zhuǎn)成一個以太網(wǎng)接口，而且這一芯片就有功耗低、成本低的特點。視頻監(jiān)控采用的攝像頭是采用的V2000攝像頭，利用USB與處理器相連接，具有安裝簡單、使用方便、清晰度高的特點。
（2）軟件設(shè)計。在我們打開Linux的宿主機的應(yīng)用程序時候，需要通過匯編或者鏈接等工具形成一種只可以在目標計算機上面使用的二進制代碼，同時對該二進制代碼下單，使它可以在目標計算機上正常使用，從而完成最初的目的。通過Windows系統(tǒng)實現(xiàn)虛擬機的完整安裝，并安裝完成后的虛擬機上接入RedHat 9.0最終完成環(huán)境的構(gòu)建。
2.3 系統(tǒng)整體實現(xiàn)
該系統(tǒng)實際上是完成了嵌入式服務(wù)器的設(shè)計基礎(chǔ)之上來實現(xiàn)的，客戶端能夠通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及手機等實現(xiàn)視頻監(jiān)控的整個過程。而如果要實現(xiàn)利用網(wǎng)絡(luò)來進行監(jiān)控，第一步要采用B/S開發(fā)模式的架構(gòu)，即是該系統(tǒng)實現(xiàn)支持CGI功能的服務(wù)器，同時利用這該服務(wù)器還可以實現(xiàn)的動態(tài)畫面的采集與傳輸，所以要實現(xiàn)這一過程，要做的就是要在客戶端設(shè)置WEB瀏覽器，便能夠完成對嵌入式設(shè)備進行管理。
實際上，Web服務(wù)器設(shè)置在客戶端用于對服務(wù)器的內(nèi)容進行讀取。客戶端與服務(wù)器端的關(guān)系實際上是一種信息的相互傳遞的關(guān)系本身是一種信息的傳遞的關(guān)系，兩者之間的請求或者應(yīng)答方法都會在HTTP協(xié)議中有相對應(yīng)的定義。所以，在瀏覽器和服務(wù)器正常連接，在請求傳輸信息之時，服務(wù)端能夠及時的將所請求相關(guān)信息發(fā)送到客戶端。其傳遞過程如下圖所示：
圖2 服務(wù)器工作原理
3 結(jié)束語
總的來說，以嵌入式技術(shù)為核心智能家居系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)包含了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機信息等網(wǎng)絡(luò)化中的各項技術(shù)，同時把嵌入式為核心的智能家居安保系統(tǒng)的設(shè)計能夠為新時代的居民提供一種簡單方便的平臺，他們需要做的只是拿出手機或者其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，便能夠查看自己住宅內(nèi)部的安全情況。
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1概述
為滿足長輸管線安全生產(chǎn)和 科學 系統(tǒng)化管理的需要，對意外情況能迅速做出準確判斷和處理，擬在管道沿線建設(shè)安全監(jiān)控系統(tǒng)，及時地把生產(chǎn)設(shè)備運行狀況和險情圖像資料傳送到各站場控制室和管道調(diào)控中心，使險情或隱患被扼制在萌芽狀態(tài)，確保人員生命、財產(chǎn)安全。
2方案選擇
根據(jù)現(xiàn)場條件及工藝站場的實際需求，并充分考慮技術(shù)的實用性，管道安全監(jiān)控系統(tǒng)主要采用視頻監(jiān)近系統(tǒng)和周界報警系統(tǒng)來組網(wǎng)。
2．1視頻監(jiān)控系統(tǒng)
視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用目前主要有三種形式：模擬視頻監(jiān)控、基于微機平臺／嵌入式系統(tǒng)的(半)數(shù)字視頻監(jiān)控和基于網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器技術(shù)的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控。
2．1．1模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)(第1代監(jiān)控技術(shù))視頻信號采用同軸電纜進行傳輸，并由模擬矩陣主機進行信號處理。從攝像機到控制主機再到錄像機、監(jiān)視器，全部以模擬視頻信號進行傳輸與圖像存儲。而控制信號以數(shù)字信號進行傳輸。
2．1．2半數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)(第2代監(jiān)控技術(shù))1)基于微機平臺的dvr(第2代監(jiān)控技術(shù))。dvr系統(tǒng)采用微機和windows平臺，在 計算 機中安裝視頻壓縮卡和相應(yīng)的dvr軟件，支持實時視頻和音頻，是第一代模擬監(jiān)控系統(tǒng)升級至數(shù)字化的可選方案。
視頻信號仍采用同軸電纜進行傳輸，控制信號以數(shù)字信號進行傳輸，由多媒體控制主機或硬盤錄像主機(dvr)進行數(shù)字處理與圖像存儲。從攝像機到控制主機和監(jiān)視器以模擬視頻信號進行傳輸，而控制主機的處理、控制及存儲是以數(shù)字信號進行的，故準確的講應(yīng)為"半數(shù)字監(jiān)控"技術(shù)。
(2)嵌入式dvr(第2．5代監(jiān)控技術(shù))。嵌入式dvr指的是在傳統(tǒng)dvk的基礎(chǔ)上擴展了網(wǎng)絡(luò)功能的dvr產(chǎn)品，使得更多的用戶可以進行訪問。正是由于這種產(chǎn)品開發(fā)的理念，使得帶網(wǎng)絡(luò)功能的dvr產(chǎn)品還是傳統(tǒng)意義上的dvr，其主要功能仍然是dv存儲，這也決定了其市場定位是在小范圍的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，監(jiān)控點也有限。
2．1．3網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)(第3代監(jiān)控技術(shù))網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是目前業(yè)內(nèi)最先進的監(jiān)控技術(shù)，視頻從前端圖像采集設(shè)備輸出時即為數(shù)字信號，并以網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介，基于tcp／ip協(xié)議，采用流媒體技術(shù)實現(xiàn)視頻在網(wǎng)上的多路復用傳輸，并通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)字矩陣主機(ipm)來實現(xiàn)對整個監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)度、存儲和控制等功能。此外，周界報警、門禁等設(shè)備輸出的數(shù)字信號也可采用多網(wǎng)合一的方式，通過網(wǎng)絡(luò)復用進行傳輸，并在同一平臺上進行管理與控制。
2．2監(jiān)控方案比選
(1)第1代模擬監(jiān)控技術(shù)，由于技術(shù)落后，正在逐漸退出 歷史 舞臺，因此不考慮用該技術(shù)組網(wǎng)。
(2)第2代dvr技術(shù)，由于前端還是模擬傳輸方式，而模擬視頻線和控制線的有效傳輸距離為300m以內(nèi)，對于規(guī)模較大的工藝站場，有少量的監(jiān)控點與控制室的距離較遠，必須再加線放才能滿足傳輸需求，增加了傳輸成本。
(3)第3代網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)，優(yōu)勢就在于傳輸不受距離限制，組網(wǎng)方便靈活，更適宜于網(wǎng)絡(luò)傳輸和遠程控制。
根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的實時性、有效性和 經(jīng)濟 性，并充分考慮到管道視頻圖像信號的遠傳需求，結(jié)合各站場的實際情況，推薦采用網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)來實現(xiàn)管道工程監(jiān)控圖像的采集、傳輸、實時監(jiān)看、存儲和上傳。
2．3周界報警系統(tǒng)
周界防范報警系統(tǒng)作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一個有效補充，與監(jiān)控系統(tǒng)共同構(gòu)成統(tǒng)一的安防網(wǎng)絡(luò)。周界報警系統(tǒng)主要是在周界圍墻上安裝紅外探頭，類似于在圍墻上布設(shè)了一道看不見的 電子 墻，當有人非法穿越圍墻進入站場時，觸發(fā)報警并輸出信號進行報警聯(lián)動。
3方案設(shè)計
3．1監(jiān)控系統(tǒng)
3．1．1圖像采集系統(tǒng)設(shè)計
前端攝像部分是整個監(jiān)控系統(tǒng)的前沿部分，主要包括攝像機、鏡頭、云臺和防護罩等。前端的任務(wù)是對現(xiàn)場進行攝像，把攝得的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并進行數(shù)字壓縮處理。
在各工藝站場根據(jù)實際情況設(shè)計 網(wǎng)絡(luò) 攝像機若干臺。在站場的工藝裝置區(qū)安裝防爆型槍式攝像機和視頻服務(wù)器，在所有出入口、道路、圍墻和其他重點部位安裝網(wǎng)絡(luò)智能球型一體化攝像機(集成視頻服務(wù)器)，內(nèi)置低照度彩轉(zhuǎn)黑多倍攝像機或?qū)拕討B(tài)低照度彩轉(zhuǎn)黑一體機，可根據(jù)需要遠程控制鏡頭拉伸，進行全方位多角度的監(jiān)控。
3．1．2傳輸系統(tǒng)設(shè)計
傳輸部分就是系統(tǒng)圖像和控制信號的傳輸信道。把現(xiàn)場攝像機發(fā)出的電信號及報警信號(轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信息)傳送到控制室，一般包括通訊線纜(雙絞線或光纖)和線路驅(qū)動設(shè)備(網(wǎng)絡(luò)交換機、光纖收發(fā)器)等。
為保證傳輸信號質(zhì)量，前端網(wǎng)絡(luò)攝像機通過敷設(shè)光纜線路以及兩端配置光纖收發(fā)器將視頻、控制信號傳人站場控制室，再通過交換機連接主控 計算 機進行圖像監(jiān)視和信號控制。
3．1．3控制系統(tǒng)設(shè)計
控制部分是實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的指揮中心?？刂撇糠种饕墓δ苡校孩僖曨l信號放大與分配；②圖像信號的校正與補償；③圖像信號的切換、分割、記錄和打印等；④對前端設(shè)備的攝像機、電動變焦鏡頭及全方位云臺等進行控制，以完成對現(xiàn)場全面詳細的監(jiān)視。
擬在各站場監(jiān)控室配置1～2臺監(jiān)控計算機進行現(xiàn)場視頻的顯示和控制；并通過管道m(xù)stp光傳輸系統(tǒng)將圖像和報警信號傳給調(diào)控中心，在調(diào)控中心通過數(shù)字矩陣設(shè)備實現(xiàn)遠程控制。
管道傳輸網(wǎng)里的任何一臺計算機都可以經(jīng)過授權(quán)進行現(xiàn)場圖象瀏覽，以及時準確地獲得現(xiàn)場信息。
3．1．4顯示及存儲系統(tǒng)設(shè)計
監(jiān)控設(shè)備置于各站場及調(diào)控中心的控制室內(nèi)，不需另建監(jiān)控室。在監(jiān)控室采用液晶顯示器和大屏幕液晶平板電視組合為電視墻，進行實時監(jiān)視；錄像系統(tǒng)采用普通pc或數(shù)據(jù)服務(wù)器，設(shè)計整個錄像系統(tǒng)可以連續(xù)保存錄像資料半個月，并支持錄像與回放。
3．2周界報警系統(tǒng)
周界防范報警系統(tǒng)由前端的對射探頭(安裝于站場圍墻上)、報警主機(安裝于站場控制室)及一些輔助設(shè)備(電源、顯示地圖和警鈴等)構(gòu)成。
0 引言
以數(shù)字視頻的采集、壓縮、處理為核心的現(xiàn)代視頻監(jiān)控技術(shù)，采用先進圖像處理芯片對視頻進行壓縮處理，把智能圖像處理技術(shù)用于圖像顯示、監(jiān)控成為嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重點研究方向[1]。無論是MPEG1、MPEG2或者是MPEG4、H.263都已經(jīng)無法滿足運動圖像壓縮的要求，這時新一代的H.264標準便被制定，H.264作為新一代的編碼方式，有效提升了視頻壓縮率，僅需原先的一半帶寬即可播放相同質(zhì)量的視頻，而且視頻編碼的碼率更加靈活，架構(gòu)主要包括，幀內(nèi)預(yù)測、幀間預(yù)測、轉(zhuǎn)換、量化、去區(qū)塊濾波器、熵編碼等模塊，下面將研究H.264視頻編碼的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用前景。[2]
1 H.264壓縮標準
H.264是兩個組織專家ITU-T和ISO為多媒體傳輸設(shè)計的數(shù)字視頻編碼標準[3]，全稱是MPEG-4AVC，翻譯成中文意思是“活動圖像專家組-4的高等視頻編碼”，或稱為MPEG-4Part10。各種分辨率的視頻圖像格式都可以被H.264視頻編碼標準支持，包括sub-QCIF、QCIF、CIF、4CIF、16CIF等[4]。H.264是一種視頻壓縮標準，同時也是一種被廣泛使用的高精度視頻的錄制、壓縮和格式。H.264比其他編碼標準有著更高的視頻質(zhì)量和更低的碼率，被廣泛用于網(wǎng)絡(luò)流媒體數(shù)據(jù)、各種高清晰度電視陸地廣播以及衛(wèi)星電視廣播等領(lǐng)域。H.264的特點是能低碼率、高清晰持續(xù)提供較高的視頻質(zhì)量，能大大加強圖像的編碼效率和改善圖像數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸效率。[1]，使網(wǎng)絡(luò)更加靈活、適應(yīng)性更強，最大的好處就是節(jié)約了成本，彌補了技術(shù)差距，讓存儲與視頻管理變得更高效。
2 H.264編碼器的結(jié)構(gòu)和特點
H.264只是規(guī)定了輸入碼流的格式及編碼之后輸出比特流的句法結(jié)構(gòu)，其標準的編碼思路是混合編碼模式，以幀間和幀內(nèi)預(yù)測來清除空間和時間的冗余分量，用變換和量化編碼來清除頻域冗余分量。H.264視頻編碼在一定情況下提高了視頻壓縮編碼性，其視頻解碼與編碼實現(xiàn)的過程相反，依據(jù)幀內(nèi)編碼進行逆量化，反變換，重構(gòu)幀，最后經(jīng)塊濾波器平滑濾波后得到重建圖像，[1]H.264編碼器的功能組成框圖如1。
3 H.264編碼器關(guān)鍵環(huán)節(jié)分析
3.1 幀內(nèi)預(yù)測 比起H.263，H.264提供了更多不同的工具來降低碼率，以編碼單位來說，h.264中每個宏塊（macroblock/mb）大小都是固定的16×16像素，能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率視頻的壓縮，對于幀間編碼來說，它允許變換塊的大小根據(jù)運動補償塊的大小進行自適應(yīng)的調(diào)整；對于幀內(nèi)編碼來說，它允許變換塊的大小根據(jù)幀內(nèi)預(yù)測殘差的特性進行自適應(yīng)的調(diào)整。
3.2 幀間預(yù)測 H.264標準與早期標準不同之處在于，它所使用的是塊結(jié)構(gòu)運動補償，運算精度精確到1/4像素點上。[8]不僅如此，H.264標準還使用了多幀預(yù)測的方法，能夠明顯改善預(yù)測增益。[5]
3.3 整數(shù)變換與量化 H.264中整型變換與之前的MPEG系列標準所采用的DCT變換都有區(qū)別：
①它是整形變換（所有的操作都為整數(shù)運算，不存在解碼精度損失）。②用整數(shù)算術(shù)變換可以確保編解碼之間實現(xiàn)零失配。③變換的核心運算部分只用到加法和移位運算，不需要乘除運算。④到量化器的縮放乘積因子為整數(shù)，減少了乘積因子的數(shù)據(jù)位數(shù)。[4]量化的目的是減小信號的值域，以更少的比特來表示信號，從而達到減少數(shù)據(jù)量的目的。H.264中量化的步長總共有52種，其按照12.5%遞增，并且變換系數(shù)的讀取有雙掃描和之字形兩種方式。
3.4 熵編碼 熵編碼是對數(shù)據(jù)的冗余信息進行壓縮的方法，變長編碼和Huffman編碼相結(jié)合進行，以較短的字長表示出現(xiàn)概率較大的數(shù)據(jù)，較長的字長表示出現(xiàn)概率較小的數(shù)據(jù)來達到降低數(shù)據(jù)量的目的。
CAVLC是一種變長編碼。先對變換系數(shù)進行zig-zag掃描。用行程碼（L，V）表示掃描以后的數(shù)據(jù)，V代表數(shù)值，L代表該數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)。因為視頻塊在整形變換和量化后，大部分變換系數(shù)成為0，只有很少的數(shù)據(jù)在低頻部分，用行程數(shù)L代表連續(xù)出現(xiàn)的0的個數(shù)，V代表0串后挨著的非零值，接著對L和V分別采用Huffman編碼進一步壓縮，有不同的碼表可以查詢亮度塊和色度塊。行程編碼大大降低了編碼的碼字字長。CABAC是一種二進制算術(shù)編碼，其通過構(gòu)建模型來預(yù)測當前的視頻信號。相對于CAVLC編碼，CABAC的編碼效率更高，更節(jié)省碼率。[4]
3.5 碼率控制 H.264視頻編碼標準雖然對于編碼器的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)模式?jīng)]有具體的規(guī)定，但編碼器實現(xiàn)的核心問題要解決編碼器的結(jié)構(gòu)、相應(yīng)的視頻編碼如何控制。H.264編碼器采用基于拉各朗日Lagrangian優(yōu)化算法的率失真優(yōu)化模型實現(xiàn)視頻編碼的控制，其實現(xiàn)方法簡單而且效率高。[5]
H.264編碼標準由于以上關(guān)鍵技術(shù)的支持，獲得了較高性能編碼，但編碼器復雜度增加，約為MPEG2的4倍，MPEG4的2倍。其高復雜度原因有兩個方面，一是編碼選項復雜，二是計算量高。具體內(nèi)容有宏塊的劃分及搜索模式的組合的選取、高精度亞像素運動補償和多參考頓預(yù)測，H.264更細化，更精確的數(shù)據(jù)壓縮導致了計算量高。[6]
4 應(yīng)用前景
H.264作為一種具有高效壓縮性能的視頻壓縮編碼技術(shù)，其在制定的過程中就充分參考和吸收了H系列和MPEG系列的優(yōu)秀研究成果，修改或重新制定了其中不合理的部分，使其有很好的壓縮性能。H.264能夠比H.263和MPEG-4大約省去50%的碼率。[7]H.264的高效的視頻壓縮能力和優(yōu)異的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性，為視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃蕴峁┝吮Ｕ希淇蓮V泛應(yīng)用于數(shù)字攝像、英特網(wǎng)、數(shù)字視頻錄像、DVD及電視廣播等領(lǐng)域的圖像壓縮。
5 結(jié)束語
網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)要達到良好的監(jiān)控效果，僅提高攝像頭的分辨率是不行的，只有通過改善數(shù)字視頻的壓縮技術(shù)，降低視頻傳輸?shù)恼`碼率，提高視頻的質(zhì)量，才能推動網(wǎng)絡(luò)視頻走向智能化。[1]H.264標準的推出是視頻編碼標準的一次重要的進步，盡管其算法復雜，但是能夠大幅度提高編碼效率，使得應(yīng)用范圍更加的廣泛。
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【關(guān)鍵詞】嵌入式Linux 視頻監(jiān)控 ARM9 SOCKET
1 引言
隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求越來越廣泛，如交通監(jiān)控、家庭防盜、企業(yè)安防等各個領(lǐng)域。視頻監(jiān)控不僅能夠起到事前防范的作用，而且還有事后取證的功效。
嵌入式的視頻采集以其獨特的優(yōu)勢被廣泛采用。如具有較強的網(wǎng)絡(luò)支持功能、強大的移植性、完全開放的源代碼等特點。因此，本系統(tǒng)選擇嵌入式Linux的ubuntu操作系統(tǒng)為開發(fā)環(huán)境，以三星公司的ARM9處理器S3C2440為核心開發(fā)板，通過建立Client/Server工作模型來實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)控。
2 系統(tǒng)硬件組成
本系統(tǒng)具有以下功能：
（1）終端能夠進行視頻數(shù)據(jù)的采集并傳送回PC機；
（2）用戶可以通過客戶端軟件觀看監(jiān)控終端采集到的視頻數(shù)據(jù)；
（3）存儲采集到的視頻數(shù)據(jù)以便播放歷史錄像。
基于此，本系統(tǒng)的硬件功能框圖如圖1所示。平臺以三星公司的S3C2440處理器為核心開發(fā)板。配置了64MB的NandFlash存儲器和64MB 32位的SDRAM。用戶將代碼存儲在NandFlash中，并從NandFlash啟動，之后自動將代碼加載到SDRAM中運行如圖1。
視頻數(shù)據(jù)的采集通過在USB接口上外接一個USB攝像頭，將視頻數(shù)據(jù)接收到核心板。開發(fā)板通過5線異步UART串口與目標系統(tǒng)通信，獲取開發(fā)板調(diào)試信息、下載鏡像文件等，波特率可達115200bps。引出JTAG接口，用來燒寫B(tài)ootLoader，并通過JTAG接口調(diào)試程序。同時外接一個網(wǎng)絡(luò)芯片與主機相連，用于傳送采集到的視頻數(shù)據(jù)，終端接收到視頻流進行轉(zhuǎn)碼，最終顯示到客戶端上。
3 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)
本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，從功能上可以劃分為如圖2所示四個模塊：視頻采集模塊、編碼壓縮模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊和視頻播放模塊。
視頻采集模塊完成視頻數(shù)據(jù)的采集，通過在ARM板上安裝USB攝像頭進行數(shù)據(jù)采集。編碼壓縮模塊對視頻數(shù)據(jù)進行編碼以減少數(shù)據(jù)量。網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊將壓縮后的視頻數(shù)據(jù)傳送回客戶端。視頻播放模塊不僅要實現(xiàn)實時播放監(jiān)控畫面，而且能夠回放歷史視頻。
3.1 視頻采集模塊
視頻采集模塊通過調(diào)用V4L和底層設(shè)備驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)。V4L為各種視頻設(shè)備提供了統(tǒng)一的接口，是Linux中的內(nèi)核驅(qū)動程序。應(yīng)用程序通過調(diào)用這些接口函數(shù)就可以對不同的設(shè)備進行控制。視頻采集步驟如下：
（1）打開視頻設(shè)備。使用open（）函數(shù)打開所需設(shè)備并獲取設(shè)備標識符。
（2）獲取圖像信息和設(shè)備參數(shù)信息。調(diào)用v4l_get_capability（）函數(shù)獲取設(shè)備參數(shù)，如是否具有捕獲圖像能力、每秒幀數(shù)等；通過v4l_get_picture（）函數(shù)獲取圖像格式，如：圖像大小等。
（3）內(nèi)存映射。調(diào)用mmap（）函數(shù)實現(xiàn)將設(shè)備文件的內(nèi)容映射到內(nèi)存空間進行讀寫操作。
（4）采集視頻數(shù)據(jù)。調(diào)用ioctl（）函數(shù)采集一幀圖像并存儲到內(nèi)存空間。
3.2 圖像壓縮模塊
通過攝像頭采集到的圖像是YUV格式的圖像，數(shù)據(jù)量大，但網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，所以要經(jīng)過視頻編碼壓縮處理后才能進行網(wǎng)絡(luò)傳輸。本系統(tǒng)采用目前比較流行的H264編碼壓縮算法實現(xiàn)，H264壓縮算法具有畫面質(zhì)量高、網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強、壓縮比高等優(yōu)點，壓縮率可以達到100：1，壓縮后的視頻數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)快速傳輸。
3.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊
系統(tǒng)中經(jīng)過壓縮的視頻數(shù)據(jù)需要通過網(wǎng)絡(luò)傳送到PC機上。本系統(tǒng)選用可靠的TCP/IP編程模式，服務(wù)器端編程步驟如下：
（1）調(diào)用socket（）函數(shù)創(chuàng)建套接字；
（2）調(diào)用bind（）函數(shù)綁定套接字與地址信息；
（3）調(diào)用listen（）函數(shù)進行監(jiān)聽；
（4）調(diào)用accept（）函數(shù)等待接收連接；
（5）接收視頻幀；
（6）關(guān)閉socket。
3.4 視頻播放模塊
視頻播放通過客戶端實現(xiàn)，客戶端將接收到的視頻流進行解碼，即將視頻流轉(zhuǎn)換到rgb空間顯示。本系統(tǒng)利用QT技術(shù)編寫界面，調(diào)用QImage將傳送回來的壓縮視頻流顯示到QLabel上實現(xiàn)實時播放；同時將視頻流轉(zhuǎn)碼存儲為avi格式，通過Opencv提供的接口去讀取視頻以便播放歷史畫面。
客戶端監(jiān)控界面如圖3所示，點擊“連接”按鈕可觀看實時監(jiān)控畫面，點擊“播放歷史”按鈕可選擇歷史記錄進行回放。
4 結(jié)論
本文實現(xiàn)了一個基于ARM9和嵌入式Linux的單畫面網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)測試，該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)實時監(jiān)控，還可以對歷史畫面進行查看播放。具有成本低、易于安裝和維護、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。對于各種監(jiān)控需求場合具有很好的應(yīng)用價值。
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作者簡介
中圖分類號:TN915文獻標識碼:A
文章編號:1004-373X(2009)19-017-03
Video Supervision System of People′s Armed Police Based on WiMAX Technique
ZHOU Rongrong
(Fire Department of Shaanxi Province,Xi′an,710018,China)
Abstract:Broadband wireless access technology WiMAX has such features as high transmission rate,long transmission distance and wide cover.The advantage and architecture of WiMAX are described,the design scheme of video supervision system based on WiMAX technique is introduced combined with the requirements of the People′s Armed Police.Then,functional component and working principle are discussed.Finally the important factors that affected engineering construction are analyzed.The scheme not only can be used in People′s Armed Police,but can be used in other place.
Keywords:WiMAX;IEEE 802.16;video supervision;wireless access technology
0 引 言
視頻監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛用于武警部隊,有力提升了武警部隊的執(zhí)勤備戰(zhàn)能力。但武警部隊駐扎范圍廣,如水壩、重要倉庫、礦產(chǎn)資源基地、橋梁、隧道等,監(jiān)控點分散且與監(jiān)控中心距離較遠,利用傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控往往成本高且難以實現(xiàn),其次實時視頻監(jiān)控的需求越來越多,對同一套系統(tǒng)的覆蓋面和實施距離也提出了更高的要求。在這些情況下,基于多種無線傳輸手段的移動視頻監(jiān)控體現(xiàn)出了不可替代的優(yōu)勢。無線局域網(wǎng)和無線寬帶接入技術(shù),可以將多個監(jiān)控點和遠端控制中心連接起來,可以在最短的時間內(nèi)快速建立起無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。
目前常用的無線接入技術(shù)包括Wi-Fi、微波以及WiMAX等。與其他技術(shù)相比,WiMAX具有傳輸距離遠、接入速率高、帶寬高等優(yōu)點,可以保證視頻流的傳輸質(zhì)量,同時使監(jiān)控系統(tǒng)在接入層的部署更為快速、簡便[1]。本文結(jié)合武警部隊特點,提出了一種基于WiMAX無線寬帶接入技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案,也適用于其他應(yīng)急狀態(tài)下組建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),并給出了系統(tǒng)建設(shè)中注意事項。
1 WiMAX技術(shù)特點和優(yōu)勢
WiMAX是一項新型的無線通信技術(shù),全名為微波存取全球互通(Worldwide Interoperability for Microwave Access),是基于IEEE 802.16標準的寬帶無線接入城域網(wǎng)(Broadband Wireless Access Metropolitan Area Network,BWAMAN),能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接。WiMAX技術(shù)具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率,最高可達到75 Mb/s;傳輸距離遠,最大傳輸半徑50 km,其網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積是3G基站的10倍[2,3]。
1.1 WiMAX系統(tǒng)組成
WiMAX網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示[4],其由核心網(wǎng)絡(luò)、基站、用戶基站、接力站、用戶終端設(shè)備及網(wǎng)管組成。通常的WiMAX系統(tǒng)包括一個基站和多個用戶基站,也可以根據(jù)需要設(shè)置若干個接力站,形成單點對多點或多點對多點的體系結(jié)構(gòu)。
核心網(wǎng)絡(luò):WiMAX連接的核心網(wǎng)絡(luò)通常為傳統(tǒng)交換網(wǎng)或因特網(wǎng)。WiMAX提供核心網(wǎng)絡(luò)與基站間的連接接口。
基站:提供用戶基站與核心網(wǎng)絡(luò)間的連接,通常采用扇形天線或全向天線,可提供靈活的子信道部署與配置功能,并根據(jù)用戶群體狀況不斷升級擴展網(wǎng)絡(luò)。
用戶基站:屬于基站的一種,提供基站與用戶終端設(shè)備間的中繼連接,通常采用固定天線,并被安裝在屋頂上?；九c用戶基站間采用動態(tài)適應(yīng)性信號調(diào)制模式。
接力站:通常用于提高基站的覆蓋能力,即充當一個基站和若干個用戶基站(或用戶終端設(shè)備)間信息的中繼站。
用戶終端設(shè)備:完成具體的應(yīng)用功能,例如視頻監(jiān)控。
網(wǎng)管系統(tǒng):用于監(jiān)視和控制網(wǎng)內(nèi)所有的基站和用戶基站,提供查詢、狀態(tài)監(jiān)控、軟件下載、系統(tǒng)參數(shù)配置等功能。
圖1 WiMAX網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
1.2 WiMAX技術(shù)用于的武警部隊無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢
武警部隊所使用的視頻監(jiān)控系統(tǒng),一般數(shù)百米內(nèi)設(shè)一個監(jiān)控點,具有覆蓋范圍廣,覆蓋點多、質(zhì)量要求高等特點。而目前無線監(jiān)控系統(tǒng)多使用基于Wi-Fi的IP無線監(jiān)控技術(shù),其采用IEEE 802.11作為無線傳輸標準,傳輸距離僅幾百米[5],其數(shù)據(jù)傳輸率較低,QoS機制不夠完整,這都限制其在武警部隊中的應(yīng)用。
WiMAX的覆蓋能力完全滿足視頻監(jiān)控點的分布特點,在一個WiMAX基站覆蓋范圍內(nèi)可存在多個連續(xù)設(shè)置的監(jiān)控點。同時,WiMAX具有非視距傳輸?shù)奶匦?可以滿足復雜環(huán)境中的傳輸要求。WiMAX還可以作為有線網(wǎng)絡(luò)接入(Cable、DSL)的無線擴展[5],方便地實現(xiàn)邊遠地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)連接。
WiMAX采用面向連接方式,定義了完整的QoS機制。其MAC層支持4種業(yè)務(wù)[6]:非請求的寬帶分配業(yè)務(wù)、實時輪詢業(yè)務(wù)、非實時輪詢業(yè)務(wù)、盡力傳輸業(yè)務(wù),向用戶提供具有QoS性能的數(shù)據(jù)、視頻和語音服務(wù),能夠滿足視頻監(jiān)控所需的QoS要求。
采用802.16d標準工作在頻分雙工模式(即FDD模式)上的WiMAX,占用一對3.5 MHz頻點,一個扇區(qū)可提供的上、下行總帶寬超過15 Mb/s;每個WiMAX客戶端(即WiMAX CPE――Client Produce Equipment,用戶端設(shè)備產(chǎn)品)可提供最大10 Mb/s的吞吐量,能夠滿足各種帶寬需求的監(jiān)控要求[7];按照每個監(jiān)控點1 Mb/s帶寬需求,單個WiMAX基站可支持10個左右的監(jiān)控點視頻傳輸需求。
2 基于WiMAX技術(shù)的武警部隊無線監(jiān)控系統(tǒng)
本系統(tǒng)由前端視頻采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸以及視頻信息管理三個子系統(tǒng)組成。前端視頻采集子系統(tǒng)主要用于信息監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)以無線和有線方式完成監(jiān)控中心和前端視頻采集的數(shù)據(jù)交換。視頻信息管理子系統(tǒng)主要完成視頻信息的存儲、轉(zhuǎn)換、加密等。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖
2.1 前端視頻采集子系統(tǒng)
前端視頻采集子系統(tǒng)位于監(jiān)控點,主要進行監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集,包括無線攝像機、云臺、解碼器等設(shè)備。前端系統(tǒng)的傳輸接入必須采用數(shù)字接入方式,在前端就將圖像轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號再傳遞到監(jiān)控中心,以減少傳輸帶寬[8]。
該系統(tǒng)選用的無線攝像機是一種集視頻壓縮技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式等多種先進技術(shù)于一體的數(shù)字攝像設(shè)備。集成了鏡頭、光學過濾器、影像感應(yīng)器、視頻壓縮卡、無線網(wǎng)卡等設(shè)備,能夠?qū)崿F(xiàn)視頻采集、視頻壓縮以及無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)戎T多功能,這樣無需計算機的協(xié)助便可獨立完成監(jiān)控點的工作。無線攝像機有自己獨立的IP 地址,這樣監(jiān)控中心以及城域網(wǎng)上的用戶使用標準的瀏覽器就可以根據(jù)IP 地址對網(wǎng)絡(luò)攝像機進行訪問、觀看實時圖像和監(jiān)測數(shù)據(jù);授權(quán)用戶可以通過網(wǎng)管系統(tǒng)遠程控制攝像機和云臺鏡頭的動作或?qū)ο到y(tǒng)進行配置,從而可以對目標進行全方位的監(jiān)控。
云臺是安裝和支撐攝像頭的設(shè)備,分為兩種固定云臺和電動云臺。固定云臺適用于監(jiān)視范圍不大的情況,在固定云臺上安裝好攝像機后可調(diào)整攝像機的水平和俯仰的角度,達到最好的工作姿態(tài)后,只要鎖定調(diào)整狀態(tài)就可以了。電動云臺適用于對大范圍進行掃描監(jiān)視,它可以擴大攝像機的監(jiān)視范圍,通過接收來自控制器的信號精確地運行定位。
由于不同廠家的云臺和控制設(shè)備所使用的協(xié)議都各不相同,解碼器主要用于中轉(zhuǎn)控制端發(fā)出的數(shù)字信號。
2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)由WiMAX CPE、無線基站和IP承載網(wǎng)組成。WiMAX CPE作為WiMAX網(wǎng)絡(luò)的無線客戶終端,布設(shè)于監(jiān)控點,使用小波束角定向天線,完成與基站的數(shù)據(jù)相互交換。無線基站主要接入多個WiMAX CPE設(shè)備,同時完成與IP承載網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換。單WiMAX扇區(qū)站下可支持多CPE,每個CPE負責接入一個或多個視頻監(jiān)控前端,CPE的射頻模塊將信號變頻到適宜的頻率經(jīng)天線發(fā)送到WiMAX基站[9],實現(xiàn)對多個監(jiān)控點視頻信號的匯聚。
2.3 視頻信息管理子系統(tǒng)
視頻信息管理子系統(tǒng)設(shè)在監(jiān)控中心,主要由視頻存儲服務(wù)器和監(jiān)控管理服務(wù)器組成,完成視頻信息的存儲、管理、查詢、系統(tǒng)配置和實時監(jiān)控等任務(wù)。監(jiān)控管理服務(wù)器為整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)邏輯控制,完成監(jiān)控中心的視頻圖像切換或分發(fā),對WiMAX CPE進行參數(shù)配置、實時查看指定點監(jiān)控信息,是視頻監(jiān)控的核心業(yè)務(wù)實現(xiàn)平臺。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器完成視頻監(jiān)控信息的存儲、管理與備份,并為局域網(wǎng)的其他服務(wù)器和授權(quán)用戶提供歷史數(shù)據(jù)瀏覽、檢索等服務(wù)。
當視頻信息傳送到監(jiān)控中心后,監(jiān)控管理服務(wù)器首先對視頻信息進行分析,判斷是否是授權(quán)用戶所需要實時瀏覽的監(jiān)控信息,如果是則將其轉(zhuǎn)發(fā)至指定用戶,例如電視墻或者網(wǎng)內(nèi)其他用戶,同時將視頻信息傳送至視頻存儲服務(wù)器進行歸檔管理。同時,監(jiān)控管理服務(wù)器接收管理人員的管理指令,并將指令發(fā)送至指定的CPE設(shè)備,進行監(jiān)控點參數(shù)配置等工作,如圖3所示。
圖3 視頻信息管理子系統(tǒng)
3 系統(tǒng)建設(shè)的注意事項
系統(tǒng)在建設(shè)和使用過程中還需要注意以下四點,確保系統(tǒng)的順利應(yīng)用。
基站選址 應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)分布實際情況,選擇業(yè)務(wù)密集區(qū)中心的制高點(某鐵塔上或山頂)作為中心基站的站址,盡量提高無線鏈路的可靠性,避免因地形及遮擋物等不良因素,保證視頻信息傳輸質(zhì)量[10]。
無線系統(tǒng)抗干擾能力 地面無線接入系統(tǒng)往往受到來自于其他扇區(qū)的鄰頻或同頻干擾。要想有效克服干擾的影響,首先在施工中盡可能選用具有抗干擾技術(shù)設(shè)計的設(shè)備,其次必須合理網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃,選擇基站位置和用戶端天線位置、方向等,以確保系統(tǒng)內(nèi)各用戶終端間的相互干擾降低到最低限度。在工程中選用具有BIT/SK,QPSK,16QAM,64QAM等多種調(diào)制方式自適應(yīng)切換技術(shù)的系統(tǒng)[7],可充分保證系統(tǒng)大容量數(shù)據(jù)傳輸支持能力和無線鏈路的可靠性。
頻率規(guī)劃和負載均衡[11,12] 系統(tǒng)規(guī)劃之初要在已有頻率的基礎(chǔ)上,充分考慮天線配置的靈活性和熱點分布特點,在滿足覆蓋和容量的前提下高效的使用頻率。系統(tǒng)開通后,仍需對各基站各扇區(qū)的流量進行長期跟蹤觀測,實時調(diào)整修正與實際容量不相適應(yīng)的扇區(qū)。如一扇區(qū)按照10 Mb/s的容量進行設(shè)計,經(jīng)觀測發(fā)現(xiàn),該扇區(qū)的需求量明顯小于10 Mb/s,則從該扇區(qū)將多余的載波到移到其他流量需求大的扇區(qū)使用,以提高整系統(tǒng)的頻率利用率,保持負載均衡。
視頻圖像壓縮技術(shù) 視頻圖像信息量龐大,而無線信道帶寬相對有限,正確選擇壓縮標準能夠保證視頻信息流暢地傳輸。建議選用H.264技術(shù),比H.263節(jié)約50%左右的傳出碼流,可以大大減小傳輸?shù)臄?shù)據(jù),很好地解決圖像信息和帶寬之間的突出矛盾。
4 結(jié) 語
本文提出了基于WiMAX無線寬帶接入技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng),具有監(jiān)控范圍廣、安裝方便、靈活性強等優(yōu)點,適合于武警部隊進行大規(guī)模臨時場所,需要快速構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)或邊緣地區(qū)不易進行有線接入的地方應(yīng)用,對提高武警部隊戰(zhàn)斗力有著實際的意義。隨著WiMAX技術(shù)的日趨成熟,它的應(yīng)用將在實時監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。
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